This is Science: Поставить трибоэлектричество на службу человечеству Страница 1 из 4

Видимо, именно этот принцип группа профессора Ванга (Wang), который удачно совмещает работу в пекинском институте наноэнергетики и наносистем и технологическом университете Джорджии, избрала своей максимой. За последние полгода в свет вышло в общей сложности 7 работ только в журнале американского химического общества ACSNano (impact factor 12.062), о них-то мы сегодня и поговорим. Тем более, что данные системы имееют реальные шансы стать основной запитки носимых датчиков и умной одежды.

Вместо предисловия

В начале нынешнего года была опубликована работа и её краткий пересказ на Хабре о получении электроэнергии за счёт трибоэлектричества. Выглядело это тогда, как некоторая экзотика, возможно, не имеющая нормального применения в народном хозяйстве, хотя авторы статьи указывали, что на базе разработки можно создать, например, автономную погодную станцию. Каково же было моё удивление, когда, как из рога изобилия, начали сыпаться статьи в высокорейтинговом журнале, в которых была предложена масса способов применения электроэнергии статического электричества.

Но начнём с главного – с небольшого экскурса в физику и повторения материала предыдущей статьи. Итак, многие из нас сталкивались в повседневной жизни с таким явлением, как трибоэлектричество, то есть электричество (или более точно, разделение зарядов), возникающее при трении двух материалов или веществ (например, с разной плотностью). При этом такое разделение зарядов можно описать двумя основными характеристиками: собственно, величиной заряда (или тока) и разностью потенциалов. Конечно, эти характеристики зависят от многих параметров: влажности, температуры, природы используемых материалов и так далее.

Если у тебя, дорогой Почитатель Хабра, есть дома синтетическое покрывало-плед, то в темноте, перебирая этот плед, можно увидеть искры, проскакивающие между телом или отдельными участками оного, а также почувствовать запах «грозы» (озона) и оксидов азота. Аналогичные примеры – опыты от канала «Простая Наука» Bredun:


Или вот ещё:


Обычно, на уроках по физике в школе этот эффект преподносится, как нечто бесполезное или даже вредное (например, для компьютерной техники, в авиации), однако, это не совсем так – давайте обратимся к примерам.

Hört ihr mich?

«Вы меня слышите?» — как пелось в одной песни немецкой группы Rammstein. Да, с уверенностью сказали авторы работы, предложившие использовать трибогенератор для самозапитывающегося микрофона, акустического определения положения тела и ещё для акустических весов.

Схема разработанного устройства представлена ниже. Стоит отметить, что она мало чем отличается от всем привычного нам микрофона, с той лишь разницей, что вместо электромагнитных эффектов, таких как изменение индукции или ёмкости конденсатора, измеряемой характеристикой является, как и случае с трибогенератором, ток.



Схема устройства самозапитывающегося микрофона и детектора акустических волн (PET – полиэтилентерефталат, PTFE – тефлон)

Конечно же, были определены и акустические характеристики. Естественно, что чем выше громкость (чем ближе источник звука к самому микрофону), тем лучше работает такой микрофон, однако не стоит забывать, что устройство не требует внешнего источника питания, сигнал потенциально может быть усилен приёмником.



Электрические и акустические характеристики полученного устройства: (a) напряжение разомкнутой цепи, (b) ток короткого замыкания, © зависимости этих характеристик от расстояния до активного элемента и (d) диаграмма направленности микрофона

Коль скоро, микрофон имеет такую диаграмму направленности, то грех на его основе не создать детектор положения источника звука, причём самозапитывающийся. Собственно, что и было проделано на основе корреляций сигнала между несколькими источниками: